提高煤矿用提升机安全性的方法研究

闫玉好

摘要： 针对煤矿用提升机常见故障原因进行了分析，提出利用制动监控系统和新型传感器进行数据采集和故障分析，并对主轴、滚筒等关键受力部位进行结构优化，利用新型控制系统对提升机运行过程进行精密控制，经分析该方法对提高煤矿用提升机的安全性具有很好的指导意义和参考价值。

关键词： 煤矿提升机;制动系统;卷筒结构;控制系统;主轴;在线监控系统

矿井提升机是大型机电液一体工业设备，是矿山地面与井下连接的“咽喉”，也是煤炭采掘的生命线，用于输送矿石、设备和工作人员，出现任何故障都会导致煤矿开采停工，也可能会发生严重事故导致人员财产损失，因此社会各界对矿井安全运营的关注度空前提高，尤其是我国安全法执行力度的不断深入和强化，煤矿企业也应用各种新技术来防止事故出现。矿用提升机电力消耗大，维护保养成本高，决定了煤矿开采的经济和安全性，也决定了煤炭生产的开采和设备的检修周期。作为关键设备的矿用提升机如何安全运营，如何系统性地加强提升机安全措施在信息化时代的煤炭开采过程中显得尤为重要[1]。

1 煤矿用提升机故障分析

矿井提升机主要由驱动装置、液压系统、承载机构、控制与操作系统、安全监控系统和信息传输系统等组成。主轴装置是关键承载受力部件，主要由钢丝绳卷筒、主轴和轴承组成，并且在卷筒周圈设有衬板来降低运动部件之间的磨耗。驱动装置带动滚筒旋转来缠绕和搭放钢丝绳，实现对物料的提升和输送，承受正常运行中物料和自身重量带来的额定工作载荷，承载意外情况时的额外冲击。

造成提升机制动系统常见故障的原因可归纳为：制动盘偏摆过大，圆周摩擦力大小分布差距大、制造误差大造成闸瓦局部温度过高，装配后传动活节或制动缸存在死结，机械运行有卡滞，制动缸中油工作压力不足或设计错误造成制动力矩不足，密封圈漏油造成油压不稳，闸瓦与闸轮间隙不均匀偏斜造成闸瓦磨偏。减速器系统故障可归纳为：装配工艺不适当或加工工艺不合理，造成齿轮接触面过小而产生的接触应力偏大、齿轮轴线存在较大夹角，齿面因润滑不当造成磨损过快，进而产生额外噪声和振动，检修时装配工艺不当、保养不及时均可造成齿面的非正常损耗。主轴、卷筒部分故障可归纳为：润滑油供应不及时、钢丝绳和滚筒之间接触应力过大或轴线不同心、轴承组装游隙过小在工作中受热膨胀产生卡滞，紧固螺栓松动而检修更换不及时，造成连接机构的整体失效，衬板磨损失效诱发卷筒裂缝，主轴承受偏载过大，长时间运行产生疲劳折断。钢丝绳断丝快或折断故障可归纳为：缺润滑油、缠绕不正常、没有衬板或衬板损坏、倒头使用不及时、冲击负荷大、频率高，且选用的型号或选用的材质不合适、卷筒或天轮直径过小，已断丝磨损未及时更换，存在卡罐、急停车等故障频繁造成瞬时加速度过快，外力冲击提升容器或钢丝绳造成疲劳损伤。天轮轴断原因可归纳为：突然卡罐，急骤停车，设计错误，材质不好，加工质量不合要求[3]。

2 提升机制动系统结构优化及改进

由于矿井提升机制动机械系统技术已经趋于成熟，因此需要运用信息技术，建立在线监控系统，对制动系统的基本运行信息和报警信息进行实时采集，并设立参数监测模块，对获得的数据进行分析，及时发现制动系统存在的故障，并建立数据库进行参数识别，及时预测可能发生的液压缸压力尺寸不足、温度过高的问题，及时将信息向主管单位发送，保证制动系统及时获得维修保养。

闸瓦间隙和油缸压力是影响制动的关键参数，尤其是闸瓦间隙直接影响制动距离和响应时间，必须合理设置此处的尺寸，但是闸瓦和制动盘属于易损易耗件，其间隙随着使用过程不断改变，且不容易直观测量，应设计传感器对该处进行实时测量，并与数据采集卡进行连接，将数据上传至提升机监控系统中。为了防止油缸卸荷残压过大，设置压力传感器对系统油压进行监控，在油缸进口和出口分别设置两个压力传感器监控油缸工作压力和卸荷残余压力，防止出现提供制动压力不足的问题，并将数据传输到监控系统中。

3 主轴和卷筒结构优化及改进

主轴和卷筒是提升机的关键承载部件，两者的设计结构影响了使用的安全性、制造难度，也决定了提升机的使用性能及维护成本。主轴设计和卷筒设计要考虑刚度、挠度和稳定性及变形协调性[4]。缠绕式提升机适宜采用厚壳弹支状态，支轮与挡绳板保持一定距离以改善筒壳应力分布状态，优化支环结构，保证筒壳刚度分布均匀，高应力区避免采用焊接成型，卷筒的强度计算采用第三强度理论：

式中，σ2y为轴壳轴向压应力，单位为MPa;σw2为筒壳轴向弯应力，单位为MPa。

为保证卷筒壳体稳定性，采用弹性稳定理论作为不失稳的判断依据：

式中，Bj为滚筒两支轮间的距离，单位为m;Lk为滚筒筒壳的临界长度，单位为m。

4 利用新型控制系统提高提升機安全性

传统提升机电控系统的电路复杂，控制精度差，因此有必要应用新型提升机控制系统，通过主控系统实现对行程、驱动、制动、信号传输各个系统的控制。主控系统是整个系统的中枢，提升机运行过程中各个部位的状态信息、速度信息、制动状况、故障信息和运行方向等信息均发送至控制系统，主控系统根据这些信息对执行部件发出启动加减速等控制信号。主控系统提升机在运动过程中实时采集实际速度，并在特定行程发出S形速度曲线控制信号，实现对提升机工作过程的行程控制。驱动系统通过变频器接收主控系统的调速指令，并实现提升机给定速度的精密控制。

5 结语

提升机是煤炭生产的关键设备之一，频繁用于物料和人员的输送，是连接井下和地面的生命线，关系到煤矿企业的生命和财产安全。针对煤矿用提升机的常见故障进行分析，并通过对提升机机械结构和控制系统的研究，提出可提高提升机安全性的方法，对提高其安全性及可靠性，保证煤炭企业的安全运行具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]矿用提升机垂悬钢丝绳回收装置设计研究[J]. 马晓锋.  机械管理开发. 2020（12）

[2]矿用提升机天轮轮体结构分析与优化设计[J]. 杨正哲.  机械管理开发. 2021（04）

[3]浅谈矿用提升机点巡检作业标准的制定与应用[J]. 刘智昕.  世界有色金属. 2020（02）

[4]矿用提升机制动系统冗余回油管路的研究[J]. 杨明.  内蒙古煤炭经济. 2020（02）